评价网 > 科教论文 > 哲学毕业论文 > 哲学论文 > 正文

论文摘要：人类现象是物理现象的高级表现形式(2)

2013-10-04 01:12

　　二、熵函数的来历及统计学意义

　　热力学第一定律就是能量守恒与转换定律，但是它并未涉及能量转换的过程能否自发地进行以及可进行到何种程度。热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律，它有不同的表述方法：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化；第二类永动机是不可能造成的。热力学第二定律是人类经验的总结，它不能从其他更普遍的定律推导出来，但是迄今为止没有一个实验事实与之相违背，它是基本的自然法则之一。

　　由于一切热力学变化（包括相变化和化学变化）的方向和限度都可归结为热和功之间的相互转化及其转化限度的问题，那么就一定能找到一个普遍的热力学函数来判别自发过程的方向和限度。可以设想，这种函数是一种状态函数，又是一个判别性函数（有符号差异），它能定量说明自发过程的趋势大小，这种状态函数就是熵函数。

如果把任意的可逆循环分割成许多小的卡诺循环，可得出

∑(δＱi/Ｔi)r＝０ (1)

即任意的可逆循环过程的热温商之和为零。其中，δＱi为任意无限小可逆循环中系统与环境的热交换量；Ｔi为任意无限小可逆循环中系统的温度。上式也可写成

　　　∮(δＱr/Ｔ)＝０ (2)

克劳修斯总结了这一规律，称这个状态函数为“熵”，用Ｓ来表示，即

　　　ｄＳ＝δＱr/Ｔ (3)

对于不可逆过程，则可得

　　　ｄＳ＞δＱr/Ｔ (4)

或 ｄＳ－δＱr/Ｔ＞０ (5)

　　这就是克劳修斯不等式，表明了一个隔离系统在经历了一个微小不可逆变化后，系统的熵变大于过程中的热温商。对于任一过程（包括可逆与不可逆过程），则有

　　　ｄＳ－δＱ/Ｔ≥０ (6)

　　式中：不等号适用于不可逆过程，等号适用于可逆过程。由于不可逆过程是所有自发过程之共同特征，而可逆过程的每一步微小变化，都无限接近于平衡状态，因此这一平衡状态正是不可逆过程所能达到的限度。因此，上式也可作为判断这一过程自发与否的判据，称为“熵判据”。

对于绝热过程，δＱ＝０，代入上式，则

　　　ｄＳj≥０ (7)

　　由此可见，在绝热过程中，系统的熵值永不减少。其中，对于可逆的绝热过程，ｄＳj＝０，即系统的熵值不变；对于不可逆的绝热过程，ｄＳj＞０，即系统的熵值增加。这就是“熵增原理”，是热力学第二定律的数学表述，即在隔离或绝热条件下，系统进行自发过程的方向总是熵值增大的方向，直到熵值达到最大值，此时系统达到平衡状态。

　　熵函数的统计学意义：玻尔兹曼在研究分子运动统计现象的基础上提出来了公式：

　　　Ｓ＝ｋ×ＬｎΩ (8)

　　其中，Ω为系统分子的状态数，ｋ为玻尔兹曼常数。

　　这个公式反映了熵函数的统计学意义，它将系统的宏观物理量Ｓ与微观物理量Ω联系起来，成为联系宏观与微观的重要桥梁之一。基于上述熵与热力学几率之间的关系，可以得出结论：系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀程度，系统的熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵值越大，它所处的状态越是无序，越均匀。系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大（即从有序走向无序）的状态转变，这就是隔离系统“熵值增大原理”的微观物理意义。

　　三、改造耗散结构论

　　尽管耗散结构论等现代自然科学理论在原则上拉近了物理学与生物学、社会学之间的距离，但仍然无法把它直接应用到生物学和社会学的研究之中，更无法把它顺利推广应用到社会科学其它领域之中，这在根本上决定了它们的发展局限性，主要是因为它存在如下三大缺陷：一是把系统的“结构有序”与“功能有序”混淆起来，采用“序参量”来描述系统的有序化程度；二是，把系统的“负熵”与“负熵能”混淆起来，直接采用“负熵”来描述“价值”；三是，把“能量交换”与“物质交换”、“信息交换”混淆起来，单纯从能量角度考察系统的有序性。为此，必须对它们进行重大改造。 （科教范文网http://fw.ΝsΕΑc.com编辑）

　　1、把“结构有序”与“功能有序”区别开来，采用“熵函数”来描述系统的有序化程度。协同学的创始人哈肯提出用“序参量”来描述一个系统宏观有序的程度，一般来说，耗散结构的序参量方程的求解是非常困难的，甚至是根本不可能的，而且“序参量”只能用来描述系统的结构有序化程度，而不能描述系统的功能有序化程度。事实上，生命系统的有序化是指功能上“活”的有序化，而不是指结构上“死”的有序化，只能采用“熵函数”来描述系统的有序化程度。

　　2、把“负熵”与“负熵能”区别开来，采用“有序化能量”来描述系统熵函数的基本变量。熵是一个状态函数，能量是可以传递的，而熵与负熵都是不能传递的，熵本身不能直接输入或输出，即“熵流”或“负熵流”是不可能单独存在的，它只能依附于一定的能量之上，或者说，熵或负熵只能以一定的能量为载体，才能进行输入或输出，即推动系统的熵函数发生变化的动力源只能是能量，而不是“负熵流”。以熵为承载物的能量称为熵变能，其中，能够推动系统的熵函数产生熵减（或负熵）的基本变量，就是负熵变能（或有序化能量）；能够推动系统的熵函数产生熵增（或正熵）的基本变量，就是正熵变能（或无序化能量）。

　　3、把“能量交换”与“物质交换”、“信息交换”区别开来，采用“虚拟有序化能量”与“实在有序能量”之总和来描述价值。

　　一般生命系统与外界之间不仅会产生能量交换，还会产生物质交换与信息交换，有序化能量作为系统有序化程度的基本变量，只是从能量交换单一方面的角度而言的。那么，从能量交换、物质交换与信息交换的全面角度而言，如何来描述影响系统有序化程度的派生变量？事实上，在系统与外界进行物质交换与信息交换过程中，物质或信息的某些特性可以降低系统有序化能量的流失速度，提高系统有序化能量的利用效率等，从而在一定程度上起着替代、补偿、加强和扩展有序化能量的作用，物质或信息的这些特性必然需要消耗一定的能量才能得以形成、运行、维持和变化，由此所消耗的能量就是间接的有序化能量。也就是说，影响系统有序化程度的变量因素除了直接的有序化能量，还有间接的有序化能量，这些间接的有序化能量对于生命系统而言，并没有具体表现为能量形式，而是具体表现为物质或信息的某些非能量特性，只能是虚拟的能量形式，因而称之为虚拟有序化能量。实在有序化能量与虚拟有序能量构成了影响生命系统有序化程度的全部变量。价值是推动人类社会生存与发展的动力源，它包含了影响人类社会生存与发展的所有变量，因此可以采用“虚拟有序化能量”与“实在有序能量”之总和来描述价值。